中国科学院自动化研究所团队研发FAST激光靶标维护机器人系统通过科技部验收

发布：tgy 来源：中国科学院自动化研究所发布时间：2023-08-03 00:23
第一对焦：机器人

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助力天眼运行！自动化所团队研发FAST激光靶标维护机器

　　近日，国家重点研发计划“重大科学基础设施FAST运行维护作业机器人系统”项目通过科技部验收。中国科学院自动化研究所景奉水课题组与中国科学院国家天文台、贵州射电天文台联合研制的反射面激光靶标维护机器人作为其中一项标志性成果，可高效完成激光靶标的清洁、拆卸和换装等任务，成功实现了对FAST反射面上激光靶标的全自动维护，为“中国天眼”提供运维保障。

　　该机器人实现了对分布在FAST反射面上的激光靶标的清洁、拆卸和换装等自动化维护功能，犹如在给中国天眼这口“大锅”进行“刷洗”工作。

　　五百米口径球面射电望远镜（FAST）是世界上单体口径最大、观测精度最高的射电望远镜。在FAST的反射面上分布了2225个激光靶标，是其控制系统的重要组成部分，宛如反射面的“眼睛”，需要定期维护和更换。然而，反射面由厚度仅为1mm的铝板构成，难以承受一个正常成年人的重量，目前主要依赖“微重力蜘蛛人”进行人工维护，存在维护效率低、安全性差、难以维护大坡度环境下的靶标等缺点。

　　中国天眼FAST

　　(左)FAST反射面上的微重力蜘蛛人 (右)FAST反射面上的激光靶标在最大坡度为56度的FAST弧形反射面环境下使用机器人代替人工进行全自动靶标更换十分具有挑战性。针对FAST表面复杂的维护环境，研发团队对激光靶标维护机器人的技术方案进行了多次迭代，在操作功能、鲁棒性和重量这几个互相矛盾的方面不断进行优化和取舍，突破了大坡度特殊表面全向移动、复杂环境下三维测量、非结构化环境下异形螺栓自主旋拧等技术难题。

　　该机器人系统整体上由靶标维护执行系统、全向运动平台和导航系统组成，能够进行反射面全向行走、靶标位姿的精确三维测量、旧靶标拆卸抓取、新靶标装配拧紧等操作，可自主完成靶标的更换和清洗任务，开展全自动的靶标维护工作。

　　FAST激光靶标维护机器人

　　为了确保FAST现场维护的安全性，项目组成员在高坡度反射面模拟环境下对机器人进行了长时间的调试实验，验证了56度极限坡度条件下机器人的移动性能和靶标维护性能。在经过贵州射电天文台现场实际环境的适应性调试后，该机器人已成功应用于FAST反射面激光靶标的更换维护，将有力解决此前存在的高危作业风险隐患、人工维护效率低下、气候条件制约观测等问题，极大提升FAST维护作业的效率和安全性。